當(dāng)神經(jīng)學(xué)遇到教育學(xué)

分類：教育觀察　閱讀：

——“對(duì)話諾獎(jiǎng)大師”論壇活動(dòng)側(cè)記

　　一位是溫文爾雅的德國(guó)老頭，他研發(fā)一項(xiàng)名為“膜片鉗”的技術(shù)，讓科學(xué)家們第一次得以直接觀察到細(xì)胞單離子通道的電流變化，從而劃時(shí)代地將電生理學(xué)技術(shù)提高到記錄和研究單個(gè)蛋白質(zhì)的分子水平。他就是1991年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主、德國(guó)馬克斯-普朗克學(xué)會(huì)生物物理化學(xué)研究所所長(zhǎng)厄溫·內(nèi)爾。
　　一位是風(fēng)趣幽默的中國(guó)老太，她為中國(guó)開創(chuàng)了一個(gè)全新的學(xué)科——生物分子電子學(xué)，2002年提倡“做中學(xué)”項(xiàng)目，推動(dòng)科學(xué)素質(zhì)教育，并再次開創(chuàng)性地提出教育神經(jīng)學(xué)理念。她就是中國(guó)工程院院士、中國(guó)教育部原副部長(zhǎng)、中國(guó)科協(xié)原副主席韋鈺。
　　2014年9月10日，中國(guó)第30個(gè)教師節(jié)之際，經(jīng)過(guò)上海市科協(xié)的精心組織，一場(chǎng)別開生面的“對(duì)話諾獎(jiǎng)大師——科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)從青少年做起”論壇活動(dòng)，讓兩位在各自領(lǐng)域有著非凡創(chuàng)新活力的科學(xué)家有機(jī)會(huì)聚在一起，為數(shù)百名上海中小學(xué)科技老師和即將走上教師崗位的大學(xué)生上一堂生動(dòng)活潑而又引發(fā)深思的素質(zhì)課。
　　無(wú)論是厄溫·內(nèi)爾根據(jù)自身經(jīng)歷，講述科學(xué)家破解神經(jīng)傳遞的秘密，還是韋鈺結(jié)合研究領(lǐng)域，深究不同教育方式與人神經(jīng)生理活動(dòng)的關(guān)系，最終都傳達(dá)出一個(gè)清晰而又明確的理念：興趣是最好的老師，教育也有自然科學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)。

　　要從事科學(xué)研究，需要保持一顆好奇的心。正是一個(gè)又一個(gè)讓科學(xué)家感到著迷的未解之謎，促使他們不斷探索，從而不斷推動(dòng)新的研究成果出現(xiàn)。

“我首先要說(shuō)一下從事生命科學(xué)研究的動(dòng)機(jī)。在高中的時(shí)候，我發(fā)現(xiàn)一些電信息和神經(jīng)是有聯(lián)系的，對(duì)此十分感興趣，就開始了這一方面的研究?！痹谘葜v的開場(chǎng)白中，厄溫·內(nèi)爾開宗明義：要從事科學(xué)研究，需要保持一顆好奇的心。
　　正是一個(gè)又一個(gè)讓科學(xué)家感到著迷的未解之謎，促使他們不斷探索，從而不斷推動(dòng)新的研究成果出現(xiàn)。厄溫·內(nèi)爾所研究的神經(jīng)電科學(xué)領(lǐng)域也是如此，在他之前，已經(jīng)有了一長(zhǎng)串科學(xué)家的名字和研究成果。
　　意大利醫(yī)生路易吉·伽伐尼是厄溫·內(nèi)爾列舉的名單上的第一個(gè)人。1780年，伽伐尼發(fā)現(xiàn)死去青蛙的神經(jīng)遭受電擊刺激時(shí)，腿部肌肉會(huì)抽搐，這表明神經(jīng)元、肌肉與電流變化相關(guān)，他也成為第一批涉足生物電領(lǐng)域研究的人物之一。
　　接下來(lái)是西班牙神經(jīng)學(xué)家拉蒙·卡哈爾。他是現(xiàn)代神經(jīng)組織學(xué)的奠基人之一，提出神經(jīng)細(xì)胞是神經(jīng)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)單位，而每個(gè)神經(jīng)細(xì)胞都是獨(dú)立的，通過(guò)軸突末端以不同的形態(tài)與其他神經(jīng)細(xì)胞拉觸?？ü栮U明了神經(jīng)細(xì)胞間的真正關(guān)系，對(duì)神經(jīng)元學(xué)說(shuō)的確立有重要貢獻(xiàn)，因此在1906年獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
　　1902年，生物電自從1868年被記錄之后，有了一個(gè)突破性的理論——德國(guó)科學(xué)家朱利烏斯·伯恩斯坦提出了膜電位理論。而英國(guó)生理學(xué)家阿蘭·霍奇金和安德魯·赫胥黎在1952年發(fā)現(xiàn)神經(jīng)運(yùn)動(dòng)電位是一種沿神經(jīng)纖維方向擴(kuò)展的電波，由鈉離子鉀離子通道依次開啟而形成。他們認(rèn)為，神經(jīng)動(dòng)作電位是神經(jīng)細(xì)胞膜滲透性變化的結(jié)果，但神經(jīng)細(xì)胞膜滲透性變化的機(jī)理又是什么呢？
　　這一問(wèn)題就輪到厄溫·內(nèi)爾來(lái)解答了。1976年，他和博特·薩克曼通過(guò)創(chuàng)新的“膜片鉗”技術(shù)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)離子通過(guò)細(xì)胞膜的時(shí)候，產(chǎn)生十分微弱的電流，從而證明了離子通道的存在性和功能。這一跨越細(xì)胞膜的通道，其實(shí)就是一個(gè)蛋白質(zhì)。當(dāng)通道關(guān)閉時(shí)，帶電離子不能通過(guò)，沒(méi)有電流；當(dāng)通道打開后，帶電離子依次通過(guò)，形成了電流。
“膜片鉗”技術(shù)讓科學(xué)家有了研究離子通道的工具，而這一研究帶來(lái)的發(fā)現(xiàn)令人驚奇。厄溫·內(nèi)爾說(shuō)，研究人員發(fā)現(xiàn)，離子通道在眾多不同類型的細(xì)胞中有多種作用，例如：在神經(jīng)細(xì)胞中，離子通道與動(dòng)作電位、突觸傳遞有關(guān)；在淋巴細(xì)胞中，離子通道與調(diào)節(jié)鈣離子信號(hào)有關(guān)；在植物性細(xì)胞中，離子通道與調(diào)節(jié)氣孔的開啟有關(guān)。同時(shí)，離子通道已經(jīng)成為藥理學(xué)發(fā)展的目標(biāo)，離子通道的缺陷將導(dǎo)致心律不齊、肌肉強(qiáng)直、癲癇、糖尿病等疾病。
　　在厄溫·內(nèi)爾發(fā)現(xiàn)離子通道30年后，另一項(xiàng)有關(guān)離子通道的研究成果轟動(dòng)一時(shí)：一些從前未知的通道被發(fā)現(xiàn)與哺乳動(dòng)物的瞬時(shí)感受相關(guān)。比如，人體能感受到冷與熱，就是由皮膚神經(jīng)末端特殊的一群離子通道控制的，每一個(gè)通道對(duì)應(yīng)一段相對(duì)狹小的溫度變化區(qū)間。這些通道會(huì)根據(jù)外界溫度的高度調(diào)節(jié)開關(guān)，也會(huì)根據(jù)觸碰到的是辣椒還是薄荷來(lái)決定是否開啟。
　　對(duì)神經(jīng)科學(xué)和離子通道的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有結(jié)束，還會(huì)有更多對(duì)此好奇的人投身其中。